射頻E類功率放大器并聯(lián)電容技術(shù)研究

為了方便對非線性電容進行分析和計算，2000年A.Mediano等人提出了線性等效電容和形狀因子的概念，分別用CEQ和α表示。

線性等效電容是一個恒定不變的電容(因此可認為是線性的)，能夠代替非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)，同時在晶體管開關(guān)閉合期間的最后時刻又能產(chǎn)生和使用非線性電容時相同的歸一化工作狀態(tài)(即在晶體管開關(guān)開啟瞬間集電極為零電壓)，并且保持放大器其他元件的值。用這個等效電容取代非線性晶體管寄生輸出電容后，可以采用傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計E類功率放大器，并且能達到同樣的目的。

形狀因子用來表征并聯(lián)電容C1的非線性程度，表達式為

當α=0時，C1為線性；α=1時，放大器并聯(lián)電容完全由非線性晶體管輸出寄生電容Cout(v)構(gòu)成。

為了計算這個等效電容，需要知道器件的輸出電容與電壓的關(guān)系。因此，每一個影響VD(t)的放大器參數(shù)都會同樣影響Cout(v)。因此，電源電壓和形狀因子在對CEQ的影響上起著重要作用，表達式為

圖3所示為不同電源電壓情況下等效電容的變化情況；圖4為晶體管漏端電壓波形受形狀因子α的影響變化情況。

要計算出準確的等效電容值，首先必須有一個完全線性的E類功率放大器電路，采用傳統(tǒng)功率放大器電路分析方法從中獲得線性并聯(lián)電容C1。用C1代替不是完全非線性的非線性電容，并通過不斷改變Cj0的值直到滿足最大工作效率狀態(tài)，即ZVS(zero-voltage switching)和ZVDS(zero-voltage-derivative switching)。此時得到的非線性電容值即為前文提到的線性等效電容。

3 合并聯(lián)電容的E類功率放大器設(shè)計方法

由于并聯(lián)電容對放大器電路的影響，含并聯(lián)電容的E類功率放大器設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法有所不同。在設(shè)計中需要充分考慮并聯(lián)電容的影響，在不同pn結(jié)漸變系數(shù)、不同信號占空比等條件下，通過計算滿足最優(yōu)化工作狀態(tài)ZVS和ZVDS時放大器的電路元件參數(shù)值，如附加電容、諧振電容和電感、補償電抗、負載等，從而獲得放大器的設(shè)計參數(shù)。文獻[5]給出了針對任意形狀因子、信號占空比、負載品質(zhì)因數(shù)的E類功率放大器的詳細設(shè)計流程圖，并給出了負載品質(zhì)因數(shù)為5時的設(shè)計數(shù)值結(jié)果表，為廣大設(shè)計者提供了設(shè)計參考。

4 結(jié)語

并聯(lián)電容在E類功率放大器中的作用十分重要，受到了人們的廣泛關(guān)注。本文對E類功率放大器中的并聯(lián)電容進行了詳細的介紹，并給出了計算方法；對并聯(lián)電容在E類功率放大器中的作用進行了分析，同時還給出了含并聯(lián)電容的E類放大器設(shè)計方法，以方便E類功率放大器的設(shè)計。